基于元动作单元的数控机床可靠性分配与预计研究

摘要

数控机床是国家实现工业化和现代化的基础战略装备，自然其质量和可靠性的高低是衡量一个国家现代化建设甚至综合实力的标志。改革开放以来，面向高速化、精密化，以及复合化等方向的发展是国产数控机床进步的重要特点，在这些方面也取得了重要的成就。然而，与发达国家相比，国产数控机床在质量与可靠性方面还有很大的差距。数控机床具有结构复杂、价格不菲，以及多属于小批量生产的特点，通过传统统计抽样的方法难以获取产品的可靠性指标。产品的真实可靠性只有在投入使用到报废的过程中，通过准确的记录和分析其故障信息才能知道。然而，已经制造并投入使用产品的可靠性已经确定，用这种方式分析产品的可靠性没太大价值。因此，在产品设计之初就进行可靠性的分配与预计从而约束研发过程对提高产品的可靠性是至关重要的。
　　本文在国家“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项课题的支持下，对某型号加工中心研制过程中的可靠性分配和预计技术进行了研究，主要内容如下：
　　①认真研究了可靠性分配和预计的基础理论，分析了数控机床可靠性分配和预计的特点，以加工中心为例进行了FMA分解，划分了产品的结构层次，定义了“父代单元”和“子代单元”的概念。
　　②提出了基于元动作和区间数分析的可靠性分配方法。针对FMA分解得到的功能单元、运动单元、元动作单元的特点，以及它们之间的关系，确定影响可靠性分配的因素，并结合区间数层次分析法给出了影响因素的权重。可靠性的分配是自上而下的分解过程，而经过分解之后得到的从整机到元动作单元是一个紧密联系的层次关系，基于这种关系，构建了由父代单元向子代单元进行可靠性分配的数学模型。子代单元的可靠性不仅对其父代单元有影响，也影响其它同级子代单元的可靠性。考虑到这一影响，构建了子代单元之间的关联度矩阵以修正可靠性分配方法。
　　③提出了基于元动作和相似理论的可靠性预计方法。数控可靠性的预计是自元动作单元开始逐次向上综合的过程。所以，首先通过构建综合评价云模型为元动作单元选择相似的参考结构，再修正参考结构的可靠性数据来预计元动作的可靠性水平。根据子代单元和父代单元的关系，构建了由子代单元预计父代单元可靠性的数学模型。最后，以加工中心为例进行了实例分析，给出了各级结构单元的可靠性预计值，以及整机的可靠性预计值，并对可靠性分配和预计值进行了比较。

目录

1 绪 论

1.1课题背景及研究意义

1.2可靠性分配与预计技术研究现状

1.3可靠性分配和预计的关系

1.4课题来源与主要研究内容

1.5本章小结

2 数控机床FMA结构化分解与可靠性建模

2.1引言

2.2 FMA分解方法

2.3 基于元动作单元的可靠性建模

2.6本章小结

3 基于元动作单元与区间数分析的可靠性分配

3.1引言

3.2 可靠性分配的原理和准则

3.3 常用的可靠性分配方法

3.4 区间数的定义及运算

3.5 可靠性分配的方法与模型

3.6本章小结

4 基于元动作单元与相似理论的可靠性预计

4.1 引言

4.2 云模型

4.3选取参考结构

4.4参考结构的可靠性数据收集

4.5可靠性预计

4.6本章小结

5 实例分析

5.1 引言

5.2 加工中心可靠性分配

5.3 加工中心可靠性预计

5.4 分配和预计值的对比

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 展望

致谢

参考文献

附录

A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

B 作者在攻读硕士学位期间参与的课题